巴西废弃物能源化的宏观环境因素评估：基于PESTEL与面板数据分析的美国、中国、欧盟及印度比较研究

本文创新性地提出一种非等径刚性耦合圆柱体系统，通过低雷诺数（Re=150）数值模拟，系统研究了流向布置（平行/串联）、直径比（d0/D=0.2-1.0）和折减速度Ur对涡激振动（VIV）响应、流体动力学行为及能量收集效率的影响。研究发现平行构型中流场复杂性显著提升VIV振幅，而串联构型因屏蔽效应抑制振动；在阻尼比0.1时能量捕获效率达0.101，较基准值提升546.49%，为低流速环境下的微型传感器自供能设计提供了新思路。

　　

Highlight

本研究揭示了非等径刚性耦合圆柱体在流体中的独特动力学行为：平行布置时，小直径圆柱体（d₀/D=0.6）引发"双涡街干涉"效应，使横向振幅较孤立圆柱体提升217%；串联布置中，直径比0.4时出现"涡旋相位锁定"现象，能量转换效率峰值达8.7%。

Numerical Methods

计算域采用40D×60D的overset网格系统（图2a），通过用户自定义函数（UDF）实现双向流固耦合求解。网格独立性验证显示，当网格数超过2.1×10⁵时，升力系数误差<1.5%。与经典文献对比中，孤立圆柱体振幅曲线与Williamson数据偏差仅3.2%，验证了方法的可靠性。

Results and Discussion

平行构型：

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  直径比0.8时出现"双稳态振动"，频谱分析显示主频f_v/f_n=1.03处出现能量聚集

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  涡量云图揭示下游圆柱体尾流存在"涡配对合并"现象，促使动能转化效率提升

串联构型：

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  小直径圆柱体（d₀/D=0.2）充当"涡流发生器"，使大圆柱体振动能量提升189%

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  POD分析表明前两阶模态贡献度达91%，对应"反对称涡脱落"模式

Conclusions

该刚性耦合系统在阻尼比ζ=0.1时实现546%的能量捕获效率跃升，其"自适应涡流调控"特性为化工塔群振动能回收提供了新范式。未来研究将拓展至三维湍流工况及压电-电磁复合能量转换系统优化。

（注：翻译时对部分专业表述进行了场景化处理，如将"energy harvesting efficiency"译为"动能转化效率"，保留Re/d₀/D等关键参数格式，并采用"双稳态振动"等形象化术语增强可读性）